Fibrösa proteiner som kollagen och fibrinogen bildar ett tunt fast skikt på ytan av en vattenlösning som liknar "huden" som bildas på varm mjölk, enligt ett team av Penn State Researchers, som tror att detta fynd kan leda till effektivare biotryck och vävnadsteknik.

I människokroppen, fibrösa proteiner ger strukturellt stöd för celler och vävnader och hjälper till i biomekanik. Kollagen utgör 80% av vår hud och 10% av våra muskler, medan fibrinogen hjälper till att koagulera blod genom att bilda hydrogelfibrinet.

"Kollagen- och fibrinogenproteinlösningar används i stor utsträckning som föregångare till kollagen och fibrinhydrogeler i vävnadstekniska tillämpningar, "sa Hemanth Gudapati, doktorand i ingenjörsvetenskap och mekanik. "Detta beror på att kollagen och fibrin, som används som konstruktionsmaterial för vävnadsteknik liknande sin roll i människokroppen, är giftfria, biologiskt nedbrytbart och härmar de naturliga mikromiljöerna i celler. "

Gudapati och andra forskare rapporterar, i Mjuk materia , för första gången som fibrösa proteiner bildar ett fast skikt på vattenytan på grund av aggregering av proteiner vid luft/vatten -gränssnittet. Detta fasta lager stör exakta mätningar av lösningens reologi, som är studiet av vätskeegenskaper som flöde. Tidigare, det visades bara att den andra huvudsakliga typen av protein, globulära proteiner, bildade dessa fasta lager vid luft/vatten -gränssnittet.

Noggranna reologimätningar är avgörande för framgångsrik biotryckning. Mätning av viskositet är viktigt för att identifiera vilka proteinlösningar som potentiellt kan skrivas ut, och för att detektera inkonsekvenser i flödesbeteende mellan olika satser av fibrösa proteiner.

"Kollagen och fibrinogen extraheras från djur, och deras flödesbeteende ändras från sats till sats och med tiden, Sa Gudapati.

Detta leder i sin tur till en utmaning för konsekventa biotrycksresultat.

"Noggrann mätning av flödesbeteende hjälper till pålitlig eller konsekvent leverans av proteinlösningarna under biotryck, "Gudapati sa." Detta hjälper till att tillverka saker som tillförlitliga organ-på-chip-enheter och sjukdomsmodeller. "

En möjlig lösning för noggrann mätning är att tillsätta ett ytaktivt ämne såsom polysorbat 80 för att förhindra bildning av film vid luft/vatten -gränssnittet.

Forskningen identifierar också koncentrationerna av proteinlösningar som potentiellt kan skrivas ut via biotryck, tillsammans med att identifiera bioprinting -driftsparametrar.

Gudapati sa att det fanns andra fynd i deras forskning som kommer att kräva ytterligare undersökning. Dessa inkluderade möjligheten att de aggregerade fibrösa proteinerna vid luft/vatten -gränssnittet kan släppas ut från gränssnittet och att dessa proteinaggregat kan orsaka ytterligare ackumulering av proteinerna i lösningarna.

"Den ytterligare bulkaggregationen kan vara en av orsakerna till dålig inriktning av kollagenfibrer eller dålig mekanisk styrka hos fibrin utanför kroppen, d.v.s. in vitro, vilka är utmaningarna för vävnadstekniska applikationer för närvarande, Sa Gudapati.

Arbetet utfördes i Ibrahim Ozbolats labb, Hartz Family Career Development Docent i teknikvetenskap och mekanik, i samarbete med Ralph Colby, professor i materialvetenskap och teknik och kemiteknik.

"Dr Colbys arbete med globulära proteinlösningar påverkade vårt arbete, ”Sa Gudapati.” Till exempel vi insåg att de fibrösa proteinerna kunde bete sig som klotformiga proteiner vid luft/vatten -gränssnittet i början av vår forskning. "